1.一种分布式航天器的姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立惯量坐标系和本体坐标系，确定航天器的姿态；

步骤2、考虑包含n个跟随者和1个领航者的航天器编队系统，以惯量时变的航天器为研究对象，建立其四元数姿态运动学和动力学方程；

步骤3、根据坐标变换建立跟随者和领航者之间的姿态运动学和动力学跟踪误差方程；

步骤4、利用代数图论描述航天器编队系统的通信拓扑结构，通信拓扑结构包括一个领航者为根节点的有向生成树且仅有部分跟随者能够获得领航者信息；

步骤5、通过通信拓扑图通信策略，得到各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值；

步骤6、根据步骤5得到的各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值，通过有限时间原理和一致性算法，设计分布式有限时间观测器，分布式有限时间观测器对领航者信息进行观测，得到观测领航者轨迹，分布式有限时间观测器作为跟随航天器的领航者；

步骤7、定义姿态跟踪误差估计值和角速度跟踪误差估计值；

步骤8、根据步骤7定义的姿态跟踪误差估计值和角速度跟踪误差估计值，来定义快速非奇异终端滑模变量Si；

步骤9、通过通信拓扑图通信策略，得到各航天器的邻居航天器的滑模变量Sj；

步骤10、根据步骤8中滑模变量以及步骤9中的邻居航天器的滑模变量，设计分布式航天器编队有限时间协同算法控制器 式中ki＝diag(ki1,ki2,ki3)为第i个航天器的控制增益矩阵，ki1,ki2,ki3＞0是正常数，diag(ki1,ki2,ki3)为对角矩阵，aij是邻接矩阵元素，如果存在从第j个航天器到第i个航天器的通信，则aijα＞0，如果不存在从第j个航天器到第i个航天器的通信，则aij＝0；sig (Si)＝[sign(Si1)|Si1α α αT| ,sign(Si2)|Si2| ,sign(Si3)|Si3|] ，Si1、Si2和Si3分别为滑模变量Si的第1、2和3个元素，α为指数变量，0＜α＝α1/α2＜1，α1和α2是互质的正奇数，上标T为转置，sign(·)为符号函数；

步骤11、根据自身滑模变量，设计外界干扰和不确定转动惯量自适应补偿控制器2

其中，为自适应控制参数，变量φi＝1+||ωi||+||ωi|| ，ωi

3 3

∈R表示航天器本体坐标系相对惯量坐标系在其本体坐标系下的角速度矢量，R表示三维实数列向量；

步骤12、根据步骤11中变量φi，设计外界干扰和不确定转动惯量自适应补偿控制器参数自适应律 式中，βi1＞0和βi2＞0为正实数；

步骤13、根据步骤10、11和12得到的变量，设计分布式有限时间姿态协同跟踪控制器Fi，步骤14、根据步骤13中控制器Fi，利用饱和约束函数Sat(Fi)，设计输入受限的分布式编队航天器的有限时间姿态协同跟踪控制器τi为τi＝Sat(Fi)＝[Sat(Fi(1))，Sat(Fi(2))，SatT(Fi(3))] ，式中，τi的元素 m＝1,2,3，Fi(m)表示Fi的第m个矢量元素，Si(m)表示Si的第m个矢量元素，τimax＝[τimax(1),τimax(2),τimaxT(3)]为航天器执行机构产生的控制力矩受限值，τimax(m)表示控制力矩τimax的第m个矢量元素。

2.根据权利要求1所述的一种分布式航天器的姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤2中，运动学和动力学方程如下：其中， 是第i个航天器的姿态单位四元数，和 分别为姿态四元数的矢量部

4 3

分和标量部分，R 表示四维实数列向量，I是单位矩阵，ωi∈R表示航天器本体坐标系相对惯量坐标系在其本体坐标系下的角速度，·代表变量的导数，即 分别为姿态四元数和T角速度的导数，上标T表示转置，×表示斜对称矩阵含义，即 是ωi＝[ωi1,ωi2,ωi3]的

3×3

斜对称矩阵 ωi1,ωi2,ωi3为ωi的元素，Ji∈R 是航天器转动惯量矩

3×3 3 3

阵，R 表示三行三列的实数矩阵，τi∈R和di∈R分别表示航天器的执行机构控制力矩和干扰力矩，i＝0,1,…,n，i＝0表示领航者，其它的为跟随者。

3.根据权利要求2所述的一种分布式航天器的姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤3中，随者和领航者之间的姿态运动学和动力学跟踪误差方程如下:其中， 为姿态误差四元数矢量部分， 是姿态误差四元数标量部分且满足 是领航者的姿态单位四元数， 和 分别为领航者的姿态四元数矢量部分和标量部分，ωi0＝ωi‑Niω0是角速度跟踪误差，i＝1,2,…,n，ω0表示领航者的角速度， 是坐标旋转矩阵。

4.根据权利要求2所述的一种分布式航天器的姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤6中分布式有限时间观测器如下：式中， σi和ρi分别为第i个跟随航天器对领航者状态q0、 ω0和 的观测值，r1、r2、r3、θ1、θ2、θ3和θ4均为正常数，aij是邻接矩阵元素，如果存在从第j个航天器到第i个航天器的通信，则aij＞0，如果不存在从第j个航天器到第i个航天器的通信，则aij＝0；各航天器3

的邻居航天器对领航者的姿态估计值 角速度估计值σj∈R 和角加速度估计值3

ρj∈R ，ai0用来描述第i个航天器接收领航者信息情况，即如果第i个航天器能够接收到领航者信息ai0＝1，否则ai0＝0， 和 分别为邻居航天器对领航者的姿态估计值的四元数矢量部分和标量部分。

5.根据权利要求4所述的一种分布式航天器的姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤7中，定义姿态跟踪误差估计值 和角速度跟踪误差估计值ωie为：和ωie＝ωi‑Ciσi，式中 为旋转

矩阵， 和 分别为姿态跟踪误差四元数估计值矢量部分和标量部分。

6.根据权利要求5所述的一种分布式航天器的姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤8中， 其中，β1＞0和β2＞0是正实数， 和 为不可约正奇数，为函数 的指数。